JPH0473526B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は人工衛星の姿勢測定装置に関し、太
陽に向けられた衛星本体、衛星本体に対し、回転
可能で地球に向けられた通信部を有する通信装置
を備え、この通信装置は軌道周回の間、その軌道
面に垂直な回転軸のまわりに周回方向と同方向に
衛星本体からみて一回転するものであつて、回転
軸と同方向に向けられた恒星センサーを備えたも
のに関する。

〔従来の技術〕

姿勢を検出するための測定装置を備えた人工衛
星はU.S.P.4374579号明細書およびESAレポート
38、1984.5月P.12〜P.16に開示されている。この
ものにおける衛星本体は外部に常時、太陽の方向
へ向いている太陽センサーを備え、衛星本体自身
が太陽に対し一定の方向を採るよう設定されてい
る。しかし、衛星本体はまた、常時太陽に向けら
れているソーラーパネルや燃料装置あるいは必要
な推進装置を備えている。衛星本体に対し通信装
置、例えばアンテナやカメラ装置を備えたもので
あるが、回転用カツプリングで回転可能に連結さ
れている。これらは周回の間常時、地球に向けら
れている必要がある。このため、通信装置は周回
の間、衛星本体に対し、軌道面に垂直な軸のまわ
りに一回転することになる。この回転軸は宇宙で
その位置を確保するために、恒星センサーを備え
ている。このセンサーの指向方向は回転軸の方向
と一致しており、北または南に向けられている。

従来の姿勢検定用測定装置は様々な欠陥を持つ
ている。第１に、太陽センサーや恒星センサーを
備えた衛星本体自身が、それ自体は姿勢に関して
実際上それ程の精確さを要求されないのに、かな
りな精確さで地球に向けられねばならない通信器
材を備えた通信装置のために、姿勢制御されると
いう点である。このため衛星本体とこれに回転可
能に装備された通信装置間の精度差は全て通信装
置の姿勢の精確さについて重大な支障を生じる。
通信装置の精確さについて0.15゜を得ようとする
と衛星本体の位置制御上は0.05゜の精確さを必要
としここに、0.10゜の前記精度差の無駄がある。
しかも、全作動の間でこの無駄が0.10゜の間に納
まつているという保証もない。この場合、衛星本
体に対する通信装置の回転を精確に伝えるべき回
転カツプリングが大きな意味をもつてくる。した
がつて、このカツプリングは通信装置の方向を決
定するときに必要とする精度が得られるようきわ
めて精密に設計されねばならない。

さらに、従来の測定装置において太陽センサー
は重要な構成要素である。しかし、これは地球の
影部分では使用できない。このため衛星はジヤイ
ロを備えその回転軸をその都度太陽に向けてい
る。これは作動が完全であると仮定したときに、
影の領域部分において衛星における障害時間はき
わめて短かく発生する姿勢のずれは許容される値
を越えることがないというものである。その上、
地球反射光のため太陽センサーは0.35゜の誤差を
もつている。観測角度を狭くした第２の太陽セン
サーを用いるとこの誤差は0.025゜にまで縮小され
る。この誤差値はほぼ許容される限界値にある。
アナログ型の太陽センサーはドリツト誤差があ
り、また精度が低く、この精度のオーダーは小さ
くとも前記の程度であり、かつ、作動に伴い累積
する。デジタル式太陽センサーはコストの点から
敬遠されている。

さらに、恒星センサーを回転軸の方向でアポジ
モーターの近くに配置し、回転軸方向を観測する
ものがある。しかし、これはその光学系がアポジ
モーターで汚染されはしないかとの懸念がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明の課題は先に述べた人工衛星の姿勢決
めに用いる測定装置を提供することであり、通信
部材を備えた通信装置の方向を姿勢に関し高精度
で達成することである。

〔問題を解決するための手段〕

本発明では上記の問題を、回転軸の方向に向け
られた恒星センサーを通信装置に配置し、この装
置に少なくとも今一つの第２の恒星センサーを採
用し、このセンサーに回転軸の方向から偏位した
観測方向をもたせることで解決している。

〔作 用〕

これにより、通信装置自身の姿勢が直接に測定
され、姿勢のずれが高精度で確定される。したが
つて、通信装置が設定値からわずかにずれるとこ
のずれが衛星本体に起因するものであるかにかか
わらず、姿勢制御が行なわれる。この姿勢制御は
精密であり、また、殆んど遅延しない。

今一つの実施例では、回転軸と第２の恒星セン
サー間の角度は赤道面を軌道面とする場合に大き
くとも約67゜である。このことは強烈な太陽の光
線をまともに受けて恒星センサーが破損してしま
うことを避けるのに役立つ。この傾斜した恒星セ
ンサーの観測方向は周回の間に実質上円錐壁面に
沿つて移動することになる。静止
（geostationa¨ren）衛星では回転軸に対して傾斜
した恒星センサーは24時間に一回、衛星本体に対
し回転する。回転軸の方向に向けられた恒星セン
サーと共に姿勢に関して充分な情報を得られるの
で太陽センサーは原則として必要がない。回転軸
に対し傾斜した恒星センサーが回転することは有
利である。つまり、このことによつて24時間でリ
ング状の立体角範囲が走査され、特に明るい星が
視界に入つたときに作動させるようとすることが
できる。

要するに姿勢に関する精度はこの場合恒星セン
サーにのみ拠つているのであり（典型としては
0.03゜）、このセンサーは通信装置に装着されてい
るから、通信装置に関する姿勢の精度は高いもの
となる。

通信装置と衛星本体間で万一の誤差が生じるか
もしれないという心配は全く意味のないことであ
る。アンテナやカメラ等通信部の方向は実質的に
より精度が高くなるばかりでなく（0.15゜から
0.05゜へ）、衛星自体安価に、特に開発費が安くな
る。

〔実施例の説明〕

概略示した実施例の図を用いて本発明をさらに
詳しく説明する。

第２図は実質的に、中央の衛星本体１と通信装
置２からなる衛星を示している。通信装置２は回
転カツプリング８を介して衛星本体１と連結され
ており、この本体に対し、回転軸のまわりに回転
可能となつている。衛星本体１の太陽に向けられ
た外面には太陽センサー７が配備されており、こ
れは、衛星本体の太陽に対する望ましい固定位置
からのずれを検知（記録）するために常時、太陽
の方向に向けられている。この太陽センサー７
は、例えば、ピラミツド形で四面のそれぞれが対
角線に配置された太陽電池からなる四分儀であ
る。衛星本体１はさらに、折畳み可能なソーラー
パネル９を備え、これは衛星本体の正しい姿勢で
常時太陽に向けられている。人工衛星において、
太陽センサー７は地球の軌道面がある象限（春、
秋）にあるとき、地球を周回する毎に一度、地球
の影の部分に入り、この部分ではまた、通信も不
能に陥いる。ここで採り上げている従来タイプの
人工衛星にあつて衛星本体の太陽に対する姿勢の
維持を太陽センサーに頼つているものでは、第２
図において破線で示したジヤイロ１１を装備し
て、その軸を太陽の方向に向け、地球の影の部分
において太陽の方向からずれることにできるだけ
抵抗する必要がある。

通信装置２は、衛星本体１と回転カツプリング
８を介して連結されており、ここでは図示してい
ないが、アンテナやカメラのような、地球に対し
て厳密に方向付けられている必要のある通信部を
備えている。さらに、本発明においては図で平板
にしか示していない通信装置２に、回転軸３の方
向すなわち北に向けられた第１の恒星センサー４
と回転軸３に対し、その指向方向が角度αだけ傾
斜した第２の恒星センサー５が配置されている。
この通信装置２は、太陽に対する姿勢が固定的に
定められた衛星本体１に関してその回転軸３のま
わりに回転し、軌道周回の間にこの軸まわりに一
回転する。この場合、恒星センサー４は、その観
測方向を常時回転軸３にあわせて維持するので、
回転軸３の姿勢を適宜な姿勢制御手段を用いて安
定に保つことができる。恒星センサー５の方は、
軌道周回中にその観測方向６を円錐面に沿つて一
回転させる。恒星センサー５は、その観測軸６を
回転軸３から所定の角度傾斜させて、その強烈な
放射光のために場合によつて被害をもたらす太陽
を観測視界に入れないようにしている。傾斜角度
αを決めるには赤道面に沿つた軌道が地球の軌道
に対し、23゜傾斜している事実を考慮に入れ、さ
らに、恒星センサー５が、通常わずかなものであ
るが、ある程度の角度幅βを有していること、お
よび、衛星からみて太陽が一定の角度幅γをもつ
て輝いていることを考慮に入れるべきである。し
たがつて、角度αとして許容される最高値は次の
式で与えられる。

α＝90゜−23゜−１／２（β＋γ） 第１図はこの関係を示している。恒星センサー
４，５は平板に形成されたフオトセンサーか
CCDアレーである。恒星センサー４では、例え
ば北極星のような参照星に方向が合致されたと
き、その星に特定のセンサーエレメントが励起さ
れるようになつていなければならない。このセン
サーエレメントを電子的に常時走査することによ
り、姿勢にずれが生じているかどうか確められ
る。恒星センサー５では、軌道周回の間、多数の
星が観測視界を通過し、この中から特に明るい星
が参照星として選ばれる。これらの参照星のどれ
が、どの時刻に観測視界を通過するかとか、平板
センサーのどの位置にどの参照星が投影されるか
は計算することができる。このようにして高精度
に姿勢のずれを検定することができる。これは選
択した参照星の数を数えた後一定の時間間隔を置
いて行なわれる。センサーエレメントの感度を変
えることで恒星センサー５で選択される参照星の
数を制限することができる。さらに、同じような
回転軸３に対し傾斜した恒星センサーを別の方向
に向けて用いれば、姿勢を検定するときの時間的
な間隔を無くし得る。

二つの恒星センサー４，５を用いれば原則とし
て姿勢の検出を充分に行うことができる。しか
し、このような恒星センサー（複）を用いること
はぜいたくであつて、一個の恒星センサーを用
い、不足分を衛星本体に配置された太陽センサー
７で代用することもできる。このような太陽セン
サー７は測定精度が低いがそれだけ価格も低い。

【図面の簡単な説明】

第１図は位置関係を示すための概略図、第２図
は人工衛星の概略図。 １：衛星本体、２：通信装置、３：（赤道面に
ある軌道面に対し垂直な）回転軸、４：第１の恒
星センサー、５：第２の恒星センサー、６：第２
の恒星センサーによる観測方向、７：太陽センサ
ー、８：回転カツプリング、９：ソーラーパネ
ル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 人工衛星の姿勢を測定するための装置であつ
   て、この衛星は、太陽に向けられた衛星本体とこ
   れに対し回転可能に連結され、地球に向けられて
   いる通信部をもつ通信装置を備えており、この通
   信装置は、軌道周回の間、衛星本体に対し、軌道
   面に垂直な回転軸のまわりに周回方向と同方向に
   一回転し、かつ、回転軸と同じに方向を定めた恒
   星センサーを備えたものであつて、 同転軸３と同方向へ向けられた恒星センサー４
   が通信装置２に配備され、また、少なくとも第２
   の恒星センサー５がやはり通信装置２に配備さ
   れ、この恒星センサー５は回転軸３の方向から偏
   位した観測方向６を有するものであること、 を特徴としたもの。 ２ 特許請求の範囲１に記載した測定装置であつ
   て、回転軸３と第２の恒星センサー５における観
   測方向６間の角度αは赤道軌道の場合において最
   高67゜であることを特徴としたもの。